2016年9月28日
CFN工作人员张丽华将样本放在透射电子显微镜下。(BNL)
研究基于碲化镉的太阳能电池的科学家们已经发现硅基电池的有望替代品已经发现，材料的晶体内和之间的显微镜“故障线”用作能够流动电流的导电路径。
研究的细节美国能源部布鲁克海文国家实验室和康涅狄格州大学都在自然科学期刊上发表。欧洲杯线上买球该研究表明，碲化镉如何通过共同的加工技术将碲化镉铈的变成合适的材料，以产生太阳能。它还可以建议设计比基于硅的设备更有效的太阳能器件的方法。
如果你观察像硅这样的半导体，晶体中的缺陷通常是很严重的。
Eric Stach，物理学家，Brookhaven Lab的功能纳米材料中心（CFN）欧洲杯足球竞彩
STACH在原子或放错位置的原子捕集颗粒的排列解释说轻微移位携带电 - 即落在后面和成为移动当在太阳光的光子敲松的电子，或负电荷的电子带正电的“空穴”。欧洲杯猜球平台
太阳能电池分开正极和负电荷，然后通过电路运行。所产生的目前用于电源卫星，城市和房屋。电荷流动被缺陷中断，这会影响太阳能电池的效率。
然而，科学家们发现，与碲化镉，而不是“面缺陷”和单个晶体之间充当陷阱的边界 - 故障状的原子排列的未对准 - 功能途径的导电性。
康涅狄格大学材料科学研究所的布莱恩·休伊(Bryan Huey)团队的成员首先注意到了这种意想不到的联系。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球贾斯汀·卢里亚(Justin Luria)和亚瑟明·库特(Yasemin Kutes)正在探索一种氯化物溶液处理的效果，这种处理可以极大地改善碲化镉的导电性能，他们以一种独特的方式研究了处理前后的太阳能电池。
探索太阳能电池表面的早期研究已经使用导电原子力显微镜。配备精细探头比销的头部更尖锐，显微镜扫描物料表面的山丘和山谷，观察其地形特征，同时测量位置特定的电导率。
这项技术被科学家用来研究太阳能电池的性能如何受到纳米尺度表面特征的影响。
没有努力测量位于表面下方的太阳能电池最重要的部分。勇气和鲁娅开发了一种实现这一目标的新方法。
每次去除材料的一个纳米级层后，他们获得了数百张连续图像，以扫描材料的厚度。这些一层一层的图像随后被用于构建太阳能电池的3D高分辨率层析图，这类似于计算机断层扫描(CT)大脑扫描。
每个使用这些显微镜的人都基本上拍摄了“地面”的照片，并解释了下面的内容。它可能看起来像一个洞穴，或者是一个岩石架，或者是一个建筑地基。但只有像考古学家一样仔细挖掘，每一步都准确记录我们发现的东西，我们才能真正知道答案——当然，规模要小得多。
布莱恩·休伊，康涅狄格大学
在CT-AFM地图中揭示了通过碲化镉太阳能电池的故障样缺陷和晶体边界的自由流动。与未用溶液处理的样品相比，并且具有很少的缺陷，无连接性和导电性较少，用氯化物溶液处理的样品具有更多的缺陷，更高的缺陷密度和高的连接程度。
研究小组怀疑这些缺陷是由晶体内的堆垛排列或原子排列的偏移引起的平面缺陷。然而，CT-AFM不能在原子尺度上揭示结构细节。为了获得这些信息，研究小组找到了CFN电子显微镜小组的负责人Stach, CFN是美国能源部科学用户设施办公室。欧洲杯线上买球
“我们之前与埃里克分享过想法，与他的团队合作是我们发现的自然延伸，”休伊说。
说止住血,“这是CFN设置为处理的确切类型的问题，提供大学研究人员可能不必帮助推动从假说发现科学的专业知识和设备。”2020欧洲杯下注官网欧洲杯线上买球
CNF物理学家Lihua张使用UCONN的结果和透射电子显微镜（TEM）研究氯化镉溶液治疗后碲化镉的原子尺度特征与电导率图有关。由TEM图像揭示的缺陷的原子结构确认它们是由样品中原子堆叠序列的某些变化引起的。
这些图像还证实，平面缺陷连接了晶体中的各种晶粒，并创造了高导电性通道，促进电子和空穴的运动。
“当我们观察具有良好导电性的区域中，平面缺陷从一个晶粒到另一个链接，通过该材料的整个厚度形成电导的连续通路，”张说。“所以，具有最佳导电性的区域是这些缺陷之间具有高度连接程度的区域。”
研究人员认为，氯化物处理导致更多的连接以及更多的缺陷，但进一步的研究是明确地确定氯化物溶液处理的重要效果。
Stach表示，使用电子显微镜和CTAFM技术的同时，在寻求成本效益高、效率高的硅基太阳能电池替代品的过程中，将产生“明显的赢家”。
碲化镉太阳能电池已经形成了每年10亿美元的产业，探索硅的其他替代品的工作也很多。但所有这些替代品，因为它们的晶体结构，有更高的倾向形成缺陷。这项工作为我们提供了一个系统的方法，我们可以使用它来了解缺陷在电导率方面是好还是坏。它也可以用来探索不同的加工方法或化学品的影响，以控制缺陷的形成。在碲化镉的例子中，我们可能想要找到制造更多这样的缺陷的方法，或者寻找其他可以使缺陷提高性能的材料。欧洲杯足球竞彩
埃里克止住血，物理学家，布鲁克海文实验室的中心功能纳米材料欧洲杯足球竞彩（CFN）
DOE科学办公室和能源效率和可再生能欧洲杯线上买球源（EERE）的DOE办事处，包括其Sunshot倡议支持努力。来自科罗拉多州立大学的Andrew Moore提供了该研究中使用的碲化镉样品。
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视频来源:BrookhavenLab / Youtube.com